Linux的进程编程-之二-进程间通信（共享内存）

1.1 共享内存

共享内存是最有用，也是最快的IPC方式。有三种实现共享内存的方法：系统调用mmap( )、POSIX共享内存、系统V共享内存。

三者都是先将文件映射到物理内存页面中，然后各个进程再把物理内存页面映射到本进程的地址空间中，从而实现进程间通信。所不同的是mmap( )映射的是普通文件；而系统V映射的是特殊文件系统shm中的文件，文件系统shm安装在交换分区上，系统重启后，shm的内容会丢失。

文件被映射到内存后，进程可以像访问内存一样对文件进行访问，不必再使用read( )，write( )等函数。由于多个进程共享内存，所以需要某种同步机制，如互斥锁、信号灯等。

1.1.1 系统调用共享内存

1．在Linux中，内存是以页为基本单位的，即使映射文件只有一个字节大小，内核在映射时也会分配一个页面大小的内存。

2．所有对共享内存的操作只在共享内存中有意义，只有在munmap( )或msync( )后，才能把共享内存中的内容写入文件。

1.1.1.1 mmap( )

#include<sys/mman.h>

void*mmap ( void * addr, size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset )

#include<unistd.h>

longint sysconf( int name )

intgetpagesize( void ) = sysconf(_SC_PAGE_SIZE)

成功返回内存地址，失败返回(void*)-1。

addr ：用户希望映射到当前进程地址空间中的内存地址；如果是NULL，由系统完成映射

fd ：文件描述符，可以为-1，此时参数flags必须指定MAP_ANONYMOUS

len ：文件映射到内存的字节数

offset ：一般设为0，表示从文件起始处开始映射，应该是页面大小的整数倍

prot ：内存访问权限：PROT_READ，PROT_WRITE，PROT_EXEC，PROT_NONE

flags ：

MAP_ ANONYMOUS ：匿名映射，忽略fd和offset，用于具有亲缘关系的进程间通信

MAP_SHARED ：对内存的更改能够影响文件（但要通过msync( )或munmap( )写入）

MAP_PRIVATE ：对内存的更改不能影响文件，只在当前进程可见

MAP_FIXED ：必须映射到指定的内存地址

MAP_LOCKED ：锁定映射的内存

1.1.1.2 munmap( )

#include<sys/mman.h>

intmunmap( void * addr, si ze_t len )

取消[addr，addr+len-1]内涉及到的所有映射；成功返回0，失败返回-1。

注意：当进程结束时，映射会自动被取消。

1.1.1.3 mprotect( )

#include<sys/mman.h>

intmprotect( void *addr, size_t len, int prot )

更改[addr，addr+len-1]内涉及到的所有映射的访问权限；成功返回0，失败返回-1。

1.1.1.4 msync( )

#include<sys/mman.h>

intmsync ( void * addr , size_t len, int flags )

同步内存和文件；成功返回0，失败返回-1。

参数flags可以取：

MS_ASYNC ：立即返回，写入操作异步进行

MS_SYNC ：直到写入操作完成，才能返回

MS_INVALIDATE：刷新缓存，取消写入操作

1.1.1.5 mlock( )/munlock( ) / mlockall()/munlockall( )

注意：

1．内存可以被锁定多次，但只要一次解锁就可以完成解锁操作；

2．由于每个进程会将文件映射到自己的进程空间里面去，所以当前进程的内存解锁操作，并不影响其它进程的内存锁定操作；

#include<sys/mman.h>

intmlock( const void * addr, size_t len )

intmunlock( const void * addr, size_t len )

锁定[addr，addr+len-1]内涉及到的所有映射内存；成功返回0，失败返回-1。

#include<sys/mman.h>

int mlockall( int flags )

int munlockall( void )

锁定当前进程地址空间中的所有映射内存；成功返回0，失败返回-1。

参数flags可以取：

MCL_CURRENT：锁定当前进程地址空间中的所有映射内存。

MCL_FUTURE：不但锁定当前进程地址空间中的映射内存，之后新建的映射内存也被锁定。

1.1.2 系统V共享内存

1.1.2.1 ftok( )

#include<sys/types.h>

#include<sys/ipc.h>

key_tftok( const char *name, int id )

参数name指定了文件名（包含路径），该文件必须存在，而且当前进程必须能够访问该文件。

参数id只有低8位有效。

只有当name和id取值都相同时，返回的键值key才是相同的。

成功返回键值，失败返回-1。

1.1.2.2 shmget( )

#include<sys/ipc.h>

#include<sys/shm.h>

intshmget( key_t key, size_t size, int shmflg )

获得或创建一个共享内存；成功返回和键值key相关联的共享内存id，失败返回-1。

参数shmflg可以取IPC_CREAT、IPC_EXCL、IPC_NOWAIT。

单独使用IPC_CREAT，如果不存在与键值key相关联的共享内存，就创建一个新的共享内存，并返回其id，如果已经存在与键值key相关联的共享内存，就返回该共享内存的id。

单独使用IPC_EXCL是没有意义的，如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一起使用，当与键值key相关联的共享内存已经存在时，就失败返回-1。

下面两种情况会创建一个新的共享内存：

1．参数shmflg指定IPC_CREAT，而且没有共享内存与键值key相关联；

2．参数key指定IPC_PRIVATE；

参数shmflg的低9位指定新创建共享内存的访问权限：

所有者	组成员	其他成员
读	写	执行	读	写	执行	读	写	执行

1.1.2.3 shmat( )

#include<sys/types.h>

#include<sys/shm.h>

void*shmat( int shmid, const void *shmaddr, int shmflg )

映射共享内存到当前进程的地址空间，成功返回映射地址，失败返回(void*)-1。

参数shmaddr指定映射到当前进程地址空间的位置，如果为NULL，系统自动进行映射。

参数shmflg可以取：

SHM_RDONLY：共享内存只读，默认可读写。

1.1.2.4 shmdt( )

#include<sys/types.h>

#include<sys/shm.h>

intshmdt( const void *shmaddr )

取消共享内存到当前进程的地址空间的映射；成功返回0，失败返回-1。

1.1.2.5 shmctl( )

#include<sys/types.h>

#include<sys/shm.h>

intshmctl( int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf )

获取或设置共享内存的属性；成功返回0，失败返回-1。

参数cmd可以指定三种操作：

IPC_STAT ：获取共享内存的属性，返回的信息存放到buf指向的shmid_ds结构中。

IPC_SET ：设置共享内存的属性，设置的信息存放在buf指向的shmid_ds结构中。

IPC_RMID ：删除指定的共享内存。

1.1.3 Posix共享内存

1.1.3.1 shm_open()

#include<sys/mman.h>

int shm_open( const char *name, int flags, mode_t mode )

参数name指定与共享内存相关联的名字；成功返回共享内存描述符，失败返回-1。

参数flags可以取：

O_RDONLY O_RDWR（二选一）

O_CREAT

单独使用O_CREAT，如果name指定的共享内存不存在，就创建该共享内存，并返回其描述符；如果name指定的共享内存已经存在，就返回该共享内存的描述符。如果指定了O_CREAT，参数mode指定了新创建共享内存的访问权限。

用户		组成员		其他成员
S_IXUSR	100	S_IXGRP	010	S_IXOTH	001
S_IWUSR	200	S_IWGRP	020	S_IWOTH	002
S_IRUSR	400	S_IRGRP	040	S_IROTH	004
S_IRWXU	700	S_IRWXG	070	S_IRWXO	007

O_EXCL

单独使用O_EXCL是没有意义的，如果O_EXCL和O_CREAT一起使用，当name指定的共享内存已经存在时，就失败返回。

O_TRUNC

清空文件内容，如果同时满足以下条件：共享内存已经存在，而且在参数flags指定支持写操作（O_WRONLY）。

1.1.3.2 shm_unlink( )

#include<sys/mman.h>

intshm_unlink( const char * name )

成功返回0，失败返回-1。

删除指定的共享内存，但是如果当前仍有其它进程正在使用该共享内存，则暂时放弃删除操作，并立即返回，直到其它进程通过调用shm_unlink( )删除之后，再进行删除操作。